课程名称现代光学设计方法-北京理工大学研究生院

合集下载

光学系统设计a-北京理工大学--光电学院

《光学系统设计A》课程编号：******课程名称：光学系统设计A学分：3 学时:48 (其中实验学时：24)先修课程：应用光学一、目的与任务光学系统设计A是测控技术与仪器本科专业的专业教育必修课，它主要是要让学生学会掌握光电仪器设计的理论和实际知识，学习光学设计的像差理论和像差校正方法，掌握国际上流行的光学设计软件的基本使用方法。

本课程的主要任务是：①学习光学系统的像质评价方法和像差理论知识，掌握采用各种像质评价方法来评价光学系统的成像质量；②学习光学自动设计原理和程序，并掌握国内最为流行的光学设计软件Zemax的使用方法；③掌握各类典型光学仪器的设计方法和步骤。

二、教学内容及学时分配理论教学部分（24学时）第一章光学系统像质评价(4学时)§1－1 概述§1－2 共轴光学系统的结构参数和光学特性参数§1－3 用几何像差评价光学系统的成像质量§1－4 几何像差的曲线表示§1－5 用波像差评价光学系统的成像质量第二章光学自动设计原理和程序(4学时)§2－1 概述§2－2 光学自动设计中的最优化方法§2－3 阻尼最小二乘法光学自动设计程序§2－4 怎样使用阻尼最小二乘法程序进行光学设计§2－5 适应法光学自动设计程序§2－6 怎样使用适应法程序进行光学设计§2－7 Zemax软件的使用第三章薄透镜系统的初级像差理论(4学时)§3－1 概述§3－2 薄透镜系统的初级像差方程式§3－3 薄透镜组像差的普遍性质§3－4 像差特性参数P，W，C的规化§3－5 单透镜的P∞，W∞，C和结构参数的关系§3－6 双胶合透镜组结构参数的求解§3－7 平行玻璃板的初级像差公式§3－8 单透镜像差性质的讨论§3－9 光学系统消场曲的条件——Petzval条件第四章望远物镜设计(4学时)§4－1 望远物镜设计的特点§4－2 用初级像差求解双胶合望远物镜的结构参数§4－3 用Zemax软件设计双胶合望远物镜§4－4 高级像差§4－5 二级光谱色差§4－6 用Zemax软件设计其它望远物镜§4－7 望远物镜像差的公差第五章显微物镜设计(3学时)§5－1 显微物镜设计的特点§5－2 显微物镜的类型§5－3 低倍消色差显微物镜设计§5－4 中倍消色差显微物镜设计§5－5 显微物镜像差的公差第六章目镜设计(3学时)§6－1 目镜设计的特点§6－2 常用目镜的型式和像差分析§6－3 冉斯登、惠更斯和凯涅尔目镜设计§6－4 对称式目镜和无畸变目镜设计§6－5 广角目镜设计§6－6 目视光学系统像差的公差第七章照相物镜设计(2学时)§7－1 照相物镜的光学系统和结构型式§7－2 照相物镜设计的特点§7－3 用Zemax软件设计双高斯物镜§7－4 照相物镜像差的公差实验上机教学部分 (24学时)（1）ZEMAX软件使用(4学时)（2）光学系统像质评价(2学时)（3）光学自动设计程序使用（4学时）（4）望远物镜设计（4学时）（5）显微物镜设计（2学时）（6）目镜设计（2学时）（7）望远镜物镜和目镜合成设计（2学时）（8）照相物镜设计（4学时）三、考核与成绩评定考核：采用统一命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。

北京理工大学应用光学课件讲解

抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。对焦点和无限远轴上点符合等光程。
等光程的折射面二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统
• 1、经典卡塞格林系统
• 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面
来代表
应用光学讲稿共轴理想光学系统的成像性质 4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y'
y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放大率成像。即放大率是一个常数
应用光学讲稿
第一节光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播

光学工程

二、培养目标和培养方式
在光学工程的有关专业（或职业）领域掌握坚实的基础理论和专业知识，具有较强的分析、解决实际问题的能力，能够承担专业技术或管理工作，具有创新能力、创业能力、实践能力和良好的职业素养的高层次应用型专门人才。
1.培养方式实行全日制和非全日制两种方式对于全日制硕士专业学位研究生，实行集中在校学习和社会实践相结合的培养方式，并增强实践教学培养环节。对于非全日制硕士专业学位研究生，采取在职不脱产的学习方式。 2.实行双导师负责制或导师指导小组负责制双导师负责制是指 1 个校内学术导师和 1 个校外社会实践部门的导师共同指导学生，其中以校内导师指导为主，校外导师参与实践过程、项目研究、课程与论文等多个环节的指导工作。导师指导小组负责制是由 3-5 人组成的指导小组进行合作指导制度。导师指导小组中必须有 1 人为首席导师，主要负责研究生的业务指导和思想政治教育；其余导师参与实践过程、项目研究、课程与论文等多个环节的指导工作。
三、学制
学制 3 年。全日制专业学位硕士最长修业年限在基本学制基础上增加 0.5 年；非全日制专业学位硕士最长修业年限在基本学制基础上增加 2 年。
四、课程设置与学分要求
类别
课程代码
课程名称
学时
公共课
中国特色社会主义理论与实
2700001
36
践研究
2700002
自然辩证法概论
18
240003*
硕士公共英语中级
3 年制专硕
文献综述与开题报告
第三学期期末前
中期检查
通过论文开题答辩评审后 3-6 个月内
论文答辩
距离开题至少 12 个月
学位申请
答辩后在规定时间内提出申请
七、课程教学大纲要求

课程名称高等光电技术试验-北京理工大学研究生院

课程名称：高等光电技术实验一、课程编码：0400009课内学时：48学分：3二、适用学科专业：光学工程，仪器科学与技术三、先修课程：光电技术，电子线路及实验，应用光学与波动光学实验，信号与系统四、教学目标通过本课程的学习，使相关学科研究生学习和了解光电系统的功能、分类、构成和系统指标，掌握各类光电探测器的特性测量、单元/线阵/面阵光电探测器的使用、光电信号的典型处理方法、典型光电系统的分析、仿真与应用，提升分析、应用与实践能力。

五、教学方式1、课堂讲授，实验预习、实验操作、实验报告与期末考试；2、专题实验：开题，独立完成实验设计与调试，中期检查，结题答辩。

六、主要内容及学时分配1.高等光电技术实验课程内容与分组原则10学时1.1高等光电技术实验课程内容介绍1.2情况调查与实验基础、提高与专题分组1.3光电系统的基本组成与分类1.4光电技术基础知识与实验串讲1.5常用光电技术实验仪器基础知识2.光电探测器光谱响应度的测量4学时2.1掌握热辐射源光谱辐射特性的测量方法2.2掌握光电探测器光谱响应的测试原理与方法2.3掌握热释电探测器和光电二极管的使用原则和方法2.4了解主动式光电系统的设计原则与要点3.光电探测器响应时间的测量4学时3.1掌握用脉冲响应特性测量光电探测器响应时间的方法3.2掌握用幅频特性测量光电探测器响应时间的方法3.3掌握光电二极管的响应时间与截止频率的关系3.4了解光电导器件与光伏器件响应时间的量级3.5掌握光电二极管的响应时间受偏置和负载影响的机理与特性4.光电倍增管的静态和时间特性测试5学时4.1掌握光电倍增管的工作原理和特性4.2掌握光电倍增管阴极特性、阳极特性以及暗电流的测量方法4.3学习根据阴极特性和阳极特性得到光电倍增管增益的方法4.4掌握光电倍增管的时间特性与其测量方法4.5掌握光电倍增管的两种供电方式、各自特点与适应范围5.光电弱信号的低噪声放大器5学时5.1掌握放大器的内部噪声与噪声模型5.2了解设计低噪声放大器的基本原则5.3装调一个低噪声放大器，测试并计算等效输入噪声和噪声系数6.光电微弱信号的有源滤波器5学时6.1了解并掌握用滤波器从噪声中检出光电弱信号的方法6.2设计一个品质因数为5的二阶有源带通滤波器6.3测量滤波器的参数并用弱光电信号检验滤波效果6.4了解信号的频谱组成与滤波器设计的关系7.锁相环原理实验5学时7.1掌握锁相环的基本组成、工作原理、特性参数与使用方法7.2测量锁相环的同步带和捕捉带与自然振荡频率的关系7.3测量锁相环的锁频范围与电源电压的关系7.4了解锁相环在光电系统中的典型应用8.摄像机信号应用原理5学时8.1了解摄像机的工作原理8.2掌握全视频信号的组成及与显示的关系8.3掌握视频同步分离原理8.4了解视频信号及脉冲应用的一些基本方法9.线阵CCD像传感器驱动原理5学时9.1掌握电荷耦合器件的工作原理9.2了解线阵CCD的结构、性能及其对驱动电路的要求9.3掌握两相线阵CCD驱动电路的原理9.4测量各驱动信号的时序关系10.二维光强分布的立体显示5学时10.1进一步了解摄像机输出信号10.2掌握在示波器上立体显示二维光强分布的原理10.3根据二维显示原理设计显示电路参数10.4完成二维光强分布立体显示实验11．光电信号的采样保持5学时11.1了解采样保持在光电信号处理中的意义和适用范围11.2掌握采样保持电路11.3了解采样保持参数与被采集光电信号的关系11.4掌握峰值保持原理和应用12．光外差探测原理4学时13．光电调制盘4学时14．锁相环在光电系统中的调频解调应用6学时15．光子计数5学时16．光栅莫尔条纹测长原理5学时17．光电定向6学时18．光电报警6学时根据学生情况，课程分为基础、提高和专题三部分进行。

北理工招收专业及人数

面试内容:
外语口语听力测试；专业基础知识、实践能力考核，综合口试。
085203仪器仪表工程(专业学位)
13
①101思想政治理论②204英语二③302数学二④818精密机械设计或820应用光学
笔试科目:
应用光学、物理光学、精密机械设计、电子技术、计算机基础知识。
面试内容:
外语口语听力测试；专业综合知识口试。
笔试科目:
内燃机学、机械设计、流体力学基础、传热学、电子技术，任选一门。
面试内容:
外语口语听力测试；综合基础知识、专业知识口试、人文与科学素养。
080800电气工程
04电力电子与电力传动
5
①101思想政治理论②201英语一③301数学一④881电工与电子技术
笔试科目:
机械、电工和工程力学基础。
面试内容:
004光电学院195080300光学工程01微光红外与紫外成像技术02虚拟现实与增强现实技术03光电雷达探测成像与对抗技术04图像工程与颜色科学05现代光学设计与工艺光刻技术及精密仪器工程06光电信息获取显示与处理技术77101思想政治理论201英语一或202俄语或203日语或244德语301数学一811子技术含模拟数字部分或819物理光学或820应用光学笔试科目
笔试科目:
电力电子技术。
面试内容:
外语口语听力测试；专业基础和专业知识、实践能力综合口试。
081100控制科学与工程
01控制理论与控制工程
02模式识别与智能系统
03导航、制导与控制
04检测技术与自动化装置
05系统工程
105
①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语③301数学一④810自动控制理论或811电子技术（含模拟数字部分）

北京理工大学-2016版学术型研究生培养方案(2017年修订)-光学工程

北京理工大学2016版学术型研究生培养方案学科专业：光学工程学科代码：080300光学工程（080300）一、学科简介与研究方向北京理工大学光学工程学科1954年开始招收研究生，1978年恢复招收研究生，1981年获得国家首批硕士学位授予权，1983年获军用光学、光学仪器博士学位授予权，1985年设立我国首批、我校第一个博士后流动站，1987年分别被评为国家级、部级重点学科，1997年调整合并为光学工程一级学科，2001、2007年再次被评为国家一级重点学科。

学科以光信息技术、光电子技术及光子学、光电仪器及技术等为主要研究对象，进行深入系统的研究；坚持基础研究与应用研究并重、高新技术研究与技术开发并重、研究与高层次人才培养并重的原则，为国民经济建设与国家安全服务。

本学科主要研究方向有：1.微光、红外与紫外成像技术：主要从事微光、红外与紫外成像理论、器件、技术与系统的设计、测试、模拟仿真、总体及应用技术；电真空成像器件宽束电子光学系统理论及设计；目标与环境光学特性，图像目标探测、识别与跟踪技术等方面的研究工作。

2.虚拟现实与增强现实技术：主要从事虚拟现实与增强现实算法、技术、系统，及其在各领域的应用等方面的研究工作。

3.光电雷达、探测、成像与对抗技术：主要从事光电雷达与光电成像雷达的单元技术及系统技术、光电对抗条件下的微弱/低信噪比信号获取与处理、目标探测与特性反演等方面的研究工作。

4.图像工程与颜色科学：主要从事图像与视频信号采集、提取、处理、压缩、融合、传输及其实时实现技术；颜色科学理论、测量、处理与再现技术，颜色视觉；图像与颜色质量评价；光谱学与光谱分析，光谱成像技术与系统等方面的研究工作。

5.现代光学设计与工艺、光刻技术及光电精密仪器工程：主要从事光学元件与系统的设计和先进制造技术；高分辨空间光学及自适应光学理论、技术与系统及其应用；高分辨成像及先进光刻技术，精密光学及检测技术，微纳光学；薄膜光学与工艺，光学全息与数字全息；光电精密仪器及其应用工程等方面的研究工作。

北京理工大学820物理光学解析7

北京理工大学820物理光学解析7本资料由理硕教育整理,理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校,相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。

丰富的理工内部资料资源与人力资源确保每个学员都受益匪浅,确保理硕教育的学员初试通过率89%以上,复试通过率接近100%,理硕教育现开设初试专业课一对一,假期集训营,复试VIP一对一辅导,满足学员不同的需求。

因为专一所以专业,理硕教育助您圆北理之梦应用光学Applied Optics本资料由理硕教育整理,理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校,相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。

因为专一所以专业,理硕教育助您圆北理之梦应用光学讲稿绪论课程性质：专业基础课应用光学课程内容学习目的学习方法本资料由理硕教育整理,理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校,相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。

因为专一所以专业,理硕教育助您圆北理之梦应用光学讲稿常见光电仪器观察仪器：望远镜测量仪器：测距机瞄准：火炮周视瞄准镜摄像：照相机本资料由理硕教育整理,理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校,相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。

因为专一所以专业,理硕教育助您圆北理之梦应用光学讲稿望远镜本资料由理硕教育整理,理硕教育是全国唯一专注于北理工考研辅导的学校,相对于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

课程名称：现代光学设计方法
一、课程编码：0400013
课内学时：32学分：2
二、适用专业：仪器科学与技术各专业，光学工程专业，物理电子学专业
三、先修课程：应用光学，物理光学，光学测量，光学工艺等。

四、教学目的：
通过本课程的学习，使研究生：
1、了解现代光学系统像质评价所采用的方法，了解几何像差、垂轴像差、波像差、点列图、包围圆能量、光学传递函数等常用像质评价指标的概念和特点，掌握用Zemax软件中相应功能的使用方法；
2、了解光学自动设计的原理，了解适应法和阻尼最小二乘法两种自动优化方法的原理和特点，掌握用Zemax软件中自动优化功能的使用方法；
3、了解公差分析与计算的原理，掌握常用光学系统公差分析与计算的方法，掌握用Zemax软件中公差分析计算功能的使用方法；
4、学习经典光学系统的设计方法，了解变焦距系统的原理和设计方法，掌握用Zemax 软件中相应功能设计光学系统的方法；
5、学习空间光学系统、红外光学系统、非球面光学系统等现代典型光学系统的特点和设计方法。

五、教学方式：
课堂讲授，材料自学与课堂讨论，穿插设计实例分析。

六、教学主要内容及对学生的要求：
1光学系统像质评价方法4学时
1.1光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数
1.2检测阶段的像质评价指标——星点检验
1.3检测阶段的像质评价指标——分辨率测量
1.4几何像差的定义及其计算
1.5垂轴像差的概念及其计算
1.6几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果
1.7几何像差及垂轴像差的图形输出
1.8用波像差评价光学系统的成像质量
1.9光学传递函数
1.10点列图
1.11包围圆能量
2光学自动设计方法4学时
2.1阻尼最小二乘法光学自动设计程序
2.2光学自动设计的全局优化
2.3适应法光学自动设计程序
2.4典型光学设计软件介绍
3公差分析与计算4学时
3.1公差设计中的评价函数
3.2光学公差的概率关系
3.3公差设计中的随机模拟检验
3.4公差设计中的偏心光路追迹
4经典光学系统设计4学时
4.1薄透镜系统的初级像差理论
4.2望远物镜设计
4.3显微物镜设计
4.4目镜设计
4.5照相物镜设计的特点
5变焦距光学系统设计4学时
5.1概述
5.2变焦距系统分类与特点
5.3变焦距物镜的高斯光学
5.4变焦距物镜高斯光学实例
5.5体视变倍显微镜
6其他光学系统设计6学时
6.1红外光学系统
6.2空间光学系统
6.3共形光学设计
6.4计算机直接制版镜头
6.5投影仪扩展广角镜头
7非球面设计方法4学时
7.1非球面的表示方法
7.2非球面的特性
7.3反射二次非球面的应用
7.4非球面设计实例
8光学设计前沿热点介绍2学时
8.1环境温度分析
8.2衍射光学元件
8.3偏振像差
8.4计算机辅助光学装调
8.5非成像光学
七、考核与成绩评定
成绩以百分制衡量，课堂考核占40%，结课报告占60%。

报告具体要求如下：
1.像质评价指标归纳总结
2.望远系统设计结果
3.照相物镜设计结果
4.变焦距系统设计结果。

报告字数需5000字以上，参考文献15篇以上，根据报告判定成绩。

八、参考书及学生必读参考资料：
教材：
1．李林.现代光学设计方法[M].北京理工大学出版社，2009
必读参考资料：
1．Kingslake R.,Optical System Design[M].New York:Academic,1983
2．O’Shea,D.C.Elements of Modern Design[M].New York:John Wiley,1985
3．Lakin,Milton.Lens Design[M].New York:Marcel Dekker,1991
4．袁旭沧.光学设计[M].北京：北京理工大学出版社，1988
5．袁旭沧.现代光学设计方法[M].北京：北京理工大学出版社，1995
6．李林，安连生.计算机辅助光学设计的理论与应用[M].北京：国防工业出版社，2002 7．李士贤，李林.光学设计手册[M].北京：北京理工大学出版社，1996
九、大纲撰写人：李林。